EP2707590A1 - Ventilvorrichtung für eine verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Ventilvorrichtung für eine verbrennungskraftmaschine

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EP2707590A1
EP2707590A1 EP12717711.1A EP12717711A EP2707590A1 EP 2707590 A1 EP2707590 A1 EP 2707590A1 EP 12717711 A EP12717711 A EP 12717711A EP 2707590 A1 EP2707590 A1 EP 2707590A1
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EP
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valve
spring
internal combustion
combustion engine
engine according
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EP12717711.1A
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EP2707590B1 (de
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Stefan Vitt
Osman Sari
Michael Wagner
Bernd Homeyer
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Pierburg GmbH
Volkswagen AG
Original Assignee
Pierburg GmbH
Volkswagen AG
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Publication date
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    • Y10T137/86815—Multiple inlet with single outlet

Definitions

  • the invention relates to a valve device for an internal combustion engine having a housing, in which at least one inlet and an outlet are formed, at least one passage opening, via which the at least one inlet is fluidically connectable to the at least one outlet, at least one valve closure member, via which the passage opening is controllable, a translationally movable by means of an actuator valve rod on which the at least one valve closing member is arranged, a spring which surrounds the valve rod and which is supported with its first end against the at least one Ventilschi devisglied and supported with its opposite end against a stop element and a protective element which substantially surrounds the spring.
  • Such valve devices are used in particular for controlling a recirculated exhaust gas flow in an internal combustion engine for reducing pollutants in the exhaust gas. It is ensured via the spring element, that the Ventilschi manglied is pressed onto the corresponding valve seat.
  • the exhaust gas recirculation valve is exposed to different loads.
  • the immediate vicinity of the exhaust gas outlet of the cylinder is a high thermal load, while behind a flue gas cooler, a relatively high tendency to scuffing is to be expected.
  • two-way valves are known, via which either a controlled exhaust gas flow through an exhaust gas cooler or a bypass channel can be performed, so that a valve disposed behind the exhaust gas cooler each is exposed after the exhaust gas recirculation line once hot exhaust gas and another time cold exhaust gas.
  • a valve of this type is known for example from DE 197 33 964 AI.
  • This valve is arranged downstream of an exhaust gas cooler or a bypass line and has an actuator, via which a valve rod, on which two valve closing members are slidably disposed, is movable. Between the valve-closing members, a spring is arranged, via which the valve-closing members are loaded against stops formed on the valve rod o. Both valve closing members are conical and are in the non-actuated state by the pressure of the spring against corresponding valve seats. Upon actuation of the actuator is lifted depending on the direction of the valve closure members by the stopper from the valve seat against the spring force, while the other valve closing member is still pressed by the spring force against the valve seat. Thus, depending on the direction of actuation, a flow cross section of the bypass channel or the exhaust gas cooler outlet can optionally be regulated. However, the spring arranged centrally in the flow-through area is exposed to high thermal loads and occurring dirt.
  • EP 1 859 156 B1 discloses a valve device in which the spring of a valve designed in this way is surrounded by a bellows-type compensating element whose axial ends are connected to the valve plates. This element is intended to create a vacuum in the space enclosed thereby, so that both valve disks can be lifted off their valve seats at the same time. Although this bellows protects the spring and this valve rod area from contamination, its functionality at high thermal load is no longer present.
  • valve device having the features of the main claim. Characterized in that the element is essentially formed by two interlocking radially closed lateral surfaces, of which the first rests against the at least one valve closure member and is movable therewith and the second bears against the stop element o, wherein the valve closure member is movable relative to the stop element, the valve stem and the spring are shielded from the exhaust stream. It eliminates the direct flow, resulting in a thermal discharge and less pollution.
  • one of the interlocking radially closed lateral surfaces is arranged in the other lateral surface, wherein the inner diameter of one lateral surface is greater than the outer diameter of the other lateral surface. This prevents jamming between the two lateral surfaces. Nevertheless, a good sealing effect between the two protective elements, whereby penetration of dirt particles is significantly reduced.
  • the interlocking radially closed lateral surfaces are formed by cup-shaped components, through whose bottoms the valve rod protrudes. This facilitates the attachment of the protective elements.
  • cup-shaped components are deep-drawn parts. These are particularly inexpensive to produce.
  • the spring presses the bottoms of the cup-shaped components on the first side against the stop element and on the opposite side against the Valve closure member.
  • the cup-shaped components can be held in position without having to make a material connection to the valve closure member or to use additional fasteners.
  • valve closing member is arranged translationally movable on the valve rod and loaded by the spring in the direction of a stop which is connected to the valve rod. In this way, a tight fit of the valve closing member on the valve seat in the closed state o are secured.
  • valve rod at its end an external thread on which a nut is screwed, which serves as a stop.
  • a second valve closure member which serves as a stop element for the spring, and via which a second passage opening is controllable, which leads to a second inlet or outlet, spaced from the first valve closure member.
  • both valve closing members have recesses which have a shape corresponding to the bottoms of the pot-shaped components and in which protrude the cup-shaped components. This results in a simple positioning and prefixing of the protective elements on the valve-closing members during assembly. Tilting of the protective elements is reliably prevented. Furthermore, advantageously on both valve-closing members are formed in the interior of the spring extending annular projections, is prevented by the 3in buckling of the spring. These projections form an extended guide area.
  • both valve closure members are arranged translationally displaceable on the valve rod and by the spring between the two valve-closing members in each case opposite in the direction of attacks, which are formed on the spring opposite side of the two valve-closing members on the valve rod loaded.
  • Such a valve device can be subjected to a high thermal load and thus be arranged shortly behind the exhaust gas outlet, since a dissipation of the heat takes place via the lateral surfaces.
  • a particle-loaded environment does not limit its operability because the valve rod on which the valve-closing members must slide does not come into contact with the loaded environment. Thus, a valve device with a long life under difficult environmental conditions is created.
  • the figure shows a side view of a valve device according to the invention in a sectional view.
  • the valve device consists of a housing 2, in which two inlets 4, 6 and centrally between the inlets 4, 6 arranged outlet 8 are formed. Between the inlets 4, 6 and the outlet 8, two passage openings 10, 12 are formed in the housing 2, via which a fluidic connection can be made from the inlets 4, 6 to the outlet 8.
  • passage openings 10, 12 are bounded radially by a first valve seat 14 and a second valve seat 16, which cooperate with a first valve closing member 18 and a second valve closing member 20 to regulate the size of a free flow-through cross section of the through holes 10, 12.
  • the two valve closing members 18, 20 are arranged on a valve rod 22, on which they can slide translationally.
  • the length of the possible sliding movement is limited by a first stop 24 for the first valve closing member 18 and a second stop 26 for the second valve closing member 20.
  • the first stop 24 is adjustably formed by a nut 28, which is screwed onto an external thread 30 at the end of the valve rod 22. Depending on how far the nut 28 is screwed onto the valve rod 22, the distance to the fixed to the valve rod 22 formed second stop 26 can be increased or decreased in this way during assembly.
  • a spring 32 is clamped, the first end of the first valve closure member 18 presses against the nut 28 and the opposite second end presses the second valve closure member 20 against the second stop 26.
  • a recess 34, 36 directed towards the spring 32 is formed on the valve closing member 18, 20, the outer diameter of which is slightly larger than the outer diameter of the spring 32.
  • an annular projection 38 is provided on the valve closing members 18, 20 40, which surrounds the valve rod 22 and extends into the interior of the spring 32, and its Outer diameter corresponding to slightly smaller than the inner diameter of the spring 32nd
  • valve closing members 18, 20 have a section which widens toward the spring 32, with which they rest against the corresponding oppositely shaped valve seat 14, 16.
  • the distance between the two stops 24, 26 is then adjusted to the distance between the two valve seats 14, 16 so that in the rest position of the valve rod 22, the spring 32, the valve closure members 18, 20 against the valve seats 14, 16 presses, while a small distance to the stops 24, 26 is present.
  • the spring 32 is surrounded by two cup-shaped components 42, 44, which are produced as deep-drawn parts, which serve as a protective element and whose lateral surfaces 46, 48 completely surround the spring 32 radially.
  • the bottoms 50, 52 of the cup-shaped components 42, 44 in the middle of a hole through which the valve rod 22 and the projections 38, 40 protrude.
  • the bottoms 50, 52 are in the respective associated recess 34, 36 of the valve closing members 18, 20, so that the spring 32 does not rest directly on the respective valve closing member 18, 20, but the respective bottom 50, 52 of the cup-shaped members 42, 44th loaded against the valve closure member 18, 20.
  • the recesses 34, 36 of the two valve closure members 18, 20 are the same size.
  • the first cup-shaped component 42 has immediately above the position at which it protrudes from the recess 34, an extension 54, from which extends the lateral surface 46 again hollow cylindrical in the direction of the other cup-shaped member 44, but with a slightly larger diameter.
  • the diameter of this end is chosen so that its inner diameter is slightly larger than the outer diameter of the second cup-shaped member 44. This means that the second cup-shaped member 44 can be pushed into the first pot-shaped member 42. It is important to ensure that on the one hand a terminals Even with Axia! alignment errors is avoided and on the other hand, a sealing effect is achieved.
  • valve rod 22 The drive of the valve rod 22 in a known manner via an electromotive actuator 56, on the output shaft 58, an eccentric 60 is arranged on the output pin 62, a ball bearing 64 is fixed, which runs in a gate 66 of a coupling element 68, on which the valve rod 22nd is attached.
  • the valve rod 22 protrudes through a bore 70 in the housing 2, wherein in the bore 70, the valve rod 22 surrounding two superimposed sealing rings 72, 74 are arranged, which rest on a shielding member 76 which extends from the bore 70 as a stepped bore, surrounding the valve rod 22, in the region of the first inlet 4 extends.
  • This shielding element 76 serves on the one hand as a guide of the valve rod 22 and on the other hand has at its end a constriction 78, through which the flow resistance along the valve stem is increased, so that a flow along the valve stem is significantly reduced.
  • the inner diameter of this constriction 78 is, for example, about 0.5 mm larger than the outer diameter of the valve rod 22nd
  • the first valve closure member 18 When lifting the valve closure member 20, the first valve closure member 18 remains, as it can not dodge down, on the valve seat 14, so that the size of the through-flow through opening 10 is freely adjustable. In order for the valve closure member 18 to remain in this position, it is slidably disposed on the valve rod 22, that is, the valve rod 22 slides through the hole of the valve closure member 18 as it moves.
  • the lifting of the valve closure member 20 further causes the distance between the two valve closure members 18, 20 is reduced to each other, so that the spring 32 is compressed.
  • the second pot-shaped component 44 slides into the first pot-shaped component 42, so that the spring 32 remains completely surrounded in any position. Accordingly, the hot exhaust gas flow does not directly contact the spring 32. Instead, the heat can be dissipated to the housing 2 at least partially via the protective elements 42, 44 and the valve closing members 18, 20. Also get dirt particles not in the region of the spring or in the area in which the valve closing members 18, 20 slide on the valve rod 22.
  • valve closing member 20 moves back to its valve seat 16, wherein a decompression of the spring 32 takes place and the overlap region of the two pot-shaped components 42, 44 is reduced again, until finally the starting position is reached ,
  • the valve rod is moved upward in the direction of the actuator 56, whereby the nut 28 lifts the valve closure member 18 from the first valve seat 14, while the spring 32 continues to push the second valve closure member 20 on its valve seat 16 and the valve rod 22 through the Hole of the second valve closure member slides upwards.
  • the spring 32 is compressed again in the same way as described above.
  • the first through-opening 10 is regulated, via which, for example, a fluidic connection of a bypass channel bypassing the exhaust gas cooler via the first inlet 4 to the outlet 8 is produced.

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Abstract

Es sind Ventilvorrichtungen für Verbrennungskraftmaschinen mit einem Gehäuse (2) bekannt, in dem zumindest ein Einlass (4, 6) und ein Auslass (8) ausgebildet sind, zumindest einer Durchgangsöffnung (10, 12), über die der zumindest eine Einlass (4, 6) mit dem zumindest einen Auslass (8) fluidisch verbindbar ist, zumindest einem Ventilschließglied (18, 20), über welches die Durchgangsöffnung (10, 12) regelbar ist, einer translatorisch mittels eines Aktors (56) bewegbaren Ventilstange (22), auf der das zumindest eine Ventilschließglied (18, 20) angeordnet ist, einer Feder (32), die die Ventilstange (22) umgibt und die sich mit ihrem ersten Ende gegen das eine Ventilschließglied (18) abstützt und mit ihrem entgegengesetzten Ende gegen ein Anschlagelement (20) abstützt und einem Element, welches im Wesentlichen die Feder (32) umgibt. Deren Funktionalität ist aufgrund hoher thermischer Belastung und hoher Empfindlichkeit gegen Schmutzpartikel häufig eingeschränkt. Es wird daher vorgeschlagen, dass das Element im Wesentlichen durch zwei ineinander greifende radial geschlossene Mantelflächen (46, 48) gebildet ist, von denen die erste Mantelfläche (46) gegen das zumindest eine Ventilschließglied (18) anliegt und mit diesem bewegbar ist und die zweite gegen das Anschlagelement (20) anliegt, wobei das Ventilschließglied (18) relativ zum Anschlagelement (20) bewegbar ist.

Description

B E S C H R E I B U N G
Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Gehäuse, in dem zumindest ein Einlass und ein Auslass ausgebildet sind, zumindest einer Durchgangsöffnung, über die der zumindest eine Einlass mit dem zumindest einen Auslass fluidisch verbindbar ist, zumindest einem Ventilschließglied, über welches die Durchgangsöffnung regelbar ist, einer translatorisch mittels eines Aktors bewegbaren Ventilstange, auf der das zumindest eine Ventilschließglied angeordnet ist, einer Feder, die die Ventilstange umgibt und die sich mit ihrem ersten Ende gegen das zumindest eine Ventilschiießglied abstützt und mit ihrem entgegengesetzten Ende gegen ein Anschlagelement abstützt und einem Schutzelement, welches im Wesentlichen die Feder umgibt.
Derartige Ventilvorrichtungen werden insbesondere zur Regelung eines rückgeführten Abgasstroms in einem Verbrennungsmotor zur Reduzierung von Schadstoffen im Abgas genutzt. Dabei wird über das Federelement sichergestellt, dass das Ventilschiießglied auf den korrespondierenden Ventilsitz gedrückt wird. Je nach Einbauort des Abgasrückführventils kurz hinter dem Abgasauslass des Zylinders oder im Bereich des Saugrohres, im Niederdruckstrang oder im Hochdruckstrang, vor oder hinter einem Abgaskühler, ist das Abgasrückführventil unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt. So liegt in unmittelbarer Nähe zum Abgasauslass des Zylinders eine hohe thermische Belastung vor, während hinter einem Abgaskühler eine relativ hohe Versottungsneigung zu erwarten ist.
Auch sind Zweiwegeventile bekannt, über welche wahlweise ein geregelter Abgasstrom über einen Abgaskühler oder einen Bypasskanal geführt werden kann, so dass ein hinter dem Abgaskühler angeordnetes Ventil je nach verwendetem Abgasrückführstrang einmal heißem Abgas und ein anderes Mal kaltem Abgas ausgesetzt ist.
Ein Ventil dieser Art ist beispielsweise aus der DE 197 33 964 AI bekannt.
5 Dieses Ventil ist stromabwärts eines Abgaskühlers beziehungsweise einer Bypassleitung angeordnet und weist einen Aktor auf, über den eine Ventilstange, auf der zwei Ventilschließglieder verschiebbar angeordnet sind, bewegbar ist. Zwischen den Ventilschließgliedern ist eine Feder angeordnet, über die die Ventilschließglieder gegen an der Ventilstange o ausgebildete Anschläge belastet werden. Beide Ventilschließglieder sind konisch ausgebildet und liegen im nicht betätigten Zustand durch den Druck der Feder gegen korrespondierende Ventilsitze an. Bei Betätigung des Aktors wird je nach Richtung eines der Ventilschließglieder durch den Anschlag vom Ventilsitz entgegen der Federkraft abgehoben, während das andere Ventilschließglied weiterhin durch die Federkraft gegen den Ventilsitz gedrückt wird. So kann wahlweise je nach Betätigungsrichtung ein Durchströmungsquerschnitt des Bypasskanals oder des Abgaskühlerauslasses geregelt werden. Allerdings ist die zentral im durchströmten Bereich angeordnete Feder hohen thermischen Belastungen und auftretenden Verschmutzungen ausgesetzt.
Des Weiteren wird in der EP 1 859 156 Bl eine Ventilvorrichtung offenbart, bei der die Feder eines derartig ausgebildeten Ventils von einem als Faltenbalg ausgeführten Ausgleichselement umgeben ist, dessen axiale Enden mit den Ventiltellern verbunden sind. Dieses Element soll dazu dienen, im dadurch eingeschlossenen Raum ein Vakuum zu erzeugen, so dass beide Ventilteller gleichzeitig von ihren Ventilsitzen abgehoben werden können. Dieser Faltenbalg schützt die Feder und diesen Ventilstangenbereich zwar auch vor einer Verschmutzung, jedoch ist seine Funktionalität bei hoher thermischer Belastung nicht mehr gegeben.
Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Ventilvorrichtung zu schaffen, welche sowohl bei hoher thermischer Belastung als auch in rußbelasteter Umgebung störungsfrei funktioniert. Dabei sollen Ablagerungen an der Ventilstange insbesondere in Bereichen die zur gleitenden Führung dienen ebenso vermieden werden wie eine thermische Überlastung ein Feder.
5 Diese Aufgabe wird durch eine Ventilvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Dadurch, dass das Element im Wesentlichen durch zwei ineinander greifende radial geschlossene Mantelflächen gebildet ist, von denen die erste gegen das zumindest eine Ventilschließglied anliegt und mit diesem bewegbar ist und die zweite gegen das Anschlagelement o anliegt, wobei das Ventilschließglied relativ zum Anschlagelement bewegbar ist, wird die Ventilstange und die Feder von dem Abgasstrom abgeschirmt. Es entfällt die direkte Anströmung, wodurch eine thermische Entlastung und eine geringere Verschmutzung folgen.
Vorzugsweise ist die eine der ineinander greifenden radial geschlossenen Mantelflächen in der anderen Mantelfläche angeordnet, wobei der Innendurchmesser der einen Mantelfläche größer ist als der Außendurchmesser der anderen Mantelfläche. So wird ein Klemmen zwischen den beiden Mantelflächen verhindert. Dennoch entsteht eine gute Dichtwirkung zwischen den beiden Schutzelementen, wodurch ein Eindringen von Schmutzpartikeln deutlich verringert wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die ineinander greifenden radial geschlossenen Mantelflächen durch topfförmige Bauteile gebildet, durch deren Böden die Ventilstange ragt. Dies erleichtert die Befestigung der Schutzelemente.
In einer weiterführenden Ausführungsform sind die topfförmigen Bauteile Tiefziehteile. Diese sind besonders kostengünstig herstellbar.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung drückt die Feder die Böden der topfförmigen Bauteile an der ersten Seite gegen das Anschlagelement und an der gegenüberliegenden Seite gegen das Ventilschließglied. So können die topfförmigen Bauteile in ihrer Position gehalten werden, ohne eine stoffschlüssige Verbindung zum Ventilschließglied herstellen oder zusätzliche Befestigungsmittel verwenden zu müssen.
5
Vorzugsweise ist das Ventilschließglied translatorisch bewegbar auf der Ventilstange angeordnet und über die Feder in Richtung eines Anschlags belastet, der mit der Ventilstange verbunden ist. Hierdurch kann ein fester Sitz des Ventilschließgliedes auf dem Ventilsitz im geschlossenen Zustand o sichergesellt werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung weist die Ventilstange an ihrem Ende ein Außengewinde auf, auf welches eine Mutter geschraubt ist, die als Anschlag dient. Durch diese Schraube kann die Lage des Ventilschließgliedes auf der Ventilstange verändert werden, so dass der Anschlag optimal zur Lage des Ventilsitzes positioniert werden kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführung ist auf der Ventilstange ein zweites Ventilschließglied, welches als Anschlagelement für die Feder dient, und über welches eine zweite Durchgangsöffnung regelbar ist, die zu einem zweiten Einlass oder Auslass führt, beabstandet vom ersten Ventilschließglied angeordnet. Auf diese Weise kann ein kombiniertes Abgasrückführ- und Bypassventil geschaffen werden, dessen Durchlässe wahlweise regelbar sind.
Vorteilhafterweise weisen beide Ventilschließglieder Ausnehmungen auf, welche eine zu den Böden der topfförmigen Bauteile korrespondierende Form aufweisen und in die die topfförmigen Bauteile ragen. So entsteht eine einfache Positionierung und Vorfixierung der Schutzelemente an den Ventilschließgliedern beim Zusammenbau. Ein Kippen der Schutzelemente wird zuverlässig verhindert. Weiterhin sind vorteilhafterweise an beiden Ventilschließgliedern sich in das Innere der Feder erstreckende ringförmige Vorsprünge ausgebildet, durch die 3in Abknicken der Feder verhindert wird. Diese Vorsprünge bilden einen verlängerten Führungsbereich.
In einer weiterführenden Ausführung sind beide Ventilschließglieder translatorisch verschiebbar auf der Ventilstange angeordnet und durch die Feder zwischen den beiden Ventilschließgliedern jeweils entgegengesetzt in Richtung von Anschlägen, die an der zur Feder entgegengesetzten Seite der beiden Ventilschließglieder an der Ventilstange ausgebildet sind, belastet. So besteht eine wahlweise Regelung der Durchströmungsquerschnitte bei dichtem Verschluss des jeweils geschlossenen Kanals. Des Weiteren wird eine relativ hohe Dichtigkeit zwischen dem Innen räum der Schutzelemente und dem äußeren Raum geschaffen. Auch sind die Ventilschließglieder durch die Feder in Richtung ihrer zugeordneten Ventilsitze belastet.
Eine derartige Ventilvorrichtung kann thermisch hoch belastet und somit kurz hinter dem Abgasauslass angeordnet werden, da eine Ableitung der Wärme über die Mantelflächen erfolgt. Eine partikelbelastete Umgebung schränkt die Funktionsfähigkeit nicht ein, da die Ventilstange, auf der die Ventilschließglieder gleiten müssen, nicht mit der belasteten Umgebung in Berührung kommt. So wird eine Ventilvorrichtung mit einer langen Lebensdauer bei schwierigen Umgebungseinflüssen geschaffen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Die Figur zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung in geschnittener Darstellung.
Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung besteht aus einem Gehäuse 2, in dem zwei Einlasse 4, 6 und ein zentral zwischen den Einlässen 4, 6 angeordneter Auslass 8 ausgebildet sind. Zwischen den Einlässen 4, 6 und dem Auslass 8 sind zwei Durchgangsöffnungen 10, 12 im Gehäuse 2 ausgebildet, über die eine fluidische Verbindung von den Einlässen 4, 6 zum Auslass 8 hergestellt werden kann.
Diese Durchgangsöffnungen 10, 12 werden radial durch einen ersten Ventilsitz 14 und einen zweiten Ventilsitz 16 begrenzt, welche mit einem ersten Ventilschließglied 18 und einem zweiten Ventilschließglied 20 zusammenwirken, um die Größe eines freien durchströmbaren Querschnitts der Durchgangsöffnungen 10, 12 zu regeln.
Die beiden Ventilschließglieder 18, 20 sind auf einer Ventilstange 22 angeordnet, auf der sie translatorisch gleiten können. Die Länge der möglichen Gleitbewegung wird durch einen ersten Anschlag 24 für das erste Ventilschließglied 18 und einen zweiten Anschlag 26 für das zweite Ventilschließglied 20 beschränkt. Der erste Anschlag 24 wird einstellbar durch eine Mutter 28 gebildet, welche auf ein Außengewinde 30 am Ende der Ventilstange 22 aufgeschraubt wird. Je nachdem, wie weit die Mutter 28 auf die Ventilstange 22 aufgeschraubt wird, kann auf diese Weise beim Zusammenbau der Abstand zum fest an der Ventilstange 22 ausgebildeten zweiten Anschlag 26 vergrößert oder verkleinert werden.
Zwischen den beiden Ventilschließgliedern 18, 20 ist eine Feder 32 eingespannt, deren erstes Ende das erste Ventilschließglied 18 gegen die Mutter 28 drückt und deren entgegengesetztes zweites Ende das zweite Ventilschließglied 20 gegen den zweiten Anschlag 26 drückt. Zur Aufnahme der Feder 32 ist an den Ventilschließgliedem 18, 20 jeweils eine zur Feder 32 gerichtete Ausnehmung 34, 36 ausgebildet, deren Außendurchmesser geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der Feder 32. Des Weiteren ist an den Ventilschließgliedern 18, 20 jeweils ein ringförmiger Vorsprung 38, 40 ausgebildet, der die Ventilstange 22 umgibt und sich in das Innere der Feder 32 erstreckt, und dessen Außendurchmesser entsprechend geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser der Feder 32.
Die Ventilschließglieder 18, 20 weisen einen sich zur Feder 32 erweiternden Abschnitt auf, mit dem sie gegen den entsprechend gegensätzlich geformten Ventilsitz 14, 16 aufliegen. Der Abstand der beiden Anschläge 24, 26 wird dann zum Abstand der beiden Ventilsitze 14, 16 so abgestimmt, dass in Ruhelage der Ventilstange 22 die Feder 32 die Ventilschließglieder 18, 20 gegen die Ventilsitze 14, 16 drückt, während ein geringer Abstand zu den Anschlägen 24, 26 vorliegt.
Erfindungsgemäß ist die Feder 32 von zwei topfförmigen Bauteilen 42, 44 umgeben, die als Tiefziehteile hergestellt sind, die als Schutzelement dienen und deren Mantelflächen 46, 48 die Feder 32 radial vollständig umgeben. Die Böden 50, 52 der topfförmigen Bauteile 42, 44, weisen in der Mitte ein Loch auf, durch das die Ventilstange 22 und die Vorsprünge 38, 40 ragen. Die Böden 50, 52 liegen in der jeweils zugeordneten Ausnehmung 34, 36 der Ventilschließglieder 18, 20 auf, so dass die Feder 32 nicht direkt auf dem jeweiligen Ventilschließglied 18, 20 ruht, sondern den jeweiligen Boden 50, 52 der topfförmigen Bauteile 42, 44 gegen das Ventilschließglied 18, 20 belastet.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Ausnehmungen 34, 36 der beiden Ventilschließglieder 18, 20 gleich groß. Das erste topfförmige Bauteil 42 weist unmittelbar oberhalb der Position, an der es aus der Ausnehmung 34 ragt, eine Erweiterung 54 auf, von der aus sich die Mantelfläche 46 wieder hohlzylindrisch in Richtung zum anderen topfförmigen Bauteil 44, jedoch mit geringfügig größerem Durchmesser erstreckt. Der Durchmesser dieses Endes ist so gewählt, dass sein Innendurchmesser geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des zweiten topfförmigen Bauteils 44. Dies bedeutet, dass das zweite topfförmige Bauteil 44 in das erste topfförmige Bauteil 42 geschoben werden kann. Dabei ist darauf zu achten, dass einerseits ein Klemmen auch bei Axia!fluchtungsfehlern vermieden wird und andererseits eine Dichtwirkung erzielt wird.
Der Antrieb der Ventilstange 22 erfolgt in bekannter Weise über einen elektromotorischen Aktor 56, auf dessen Ausgangswelle 58 ein Exzenter 60 angeordnet ist, auf dessen Ausgangszapfen 62 ein Kugellager 64 befestigt ist, welches in einer Kulisse 66 eines Kopplungselementes 68 läuft, an dem die Ventilstange 22 befestigt ist.
Die Ventilstange 22 ragt durch eine Bohrung 70 im Gehäuse 2, wobei in der Bohrung 70, die Ventilstange 22 umgebend, zwei übereinander angeordnete Dichtringe 72, 74 angeordnet sind, die auf einem Abschirmelement 76 aufliegen, welches sich aus der als Stufenbohrung ausgeführten Bohrung 70, die Ventilstange 22 umgebend, in den Bereich des ersten Einlasses 4 erstreckt. Dieses Abschirmelement 76 dient einerseits als Führung der Ventilstange 22 und weist andererseits an ihrem Ende eine Einschnürung 78 auf, durch die der Strömungswiderstand entlang der Ventilstange erhöht wird, so dass eine Strömung entlang der Ventilstange deutlich verringert wird. Der Innendurchmesser dieser Einschnürung 78 ist dabei beispielsweise etwa 0,5mm größer als der Außendurchmesser der Ventilstange 22.
Wird nun der Aktor 56 im Uhrzeigersinn aus der in der Figur dargestellten Position gedreht, drückt das Kugellager 64 das Kopplungselement 68 und somit die Ventilstange 22 nach unten. Dies hat zur Folge, dass der zweite Anschlag 26 gegen das zweite Ventilschließglied 20 drückt und dieses entgegen der Federkraft vom Ventilsitz 16 abgehoben wird. Entsprechend kann beispielsweise gekühltes Abgas aus dem Einlass 4 in den Auslass 8 strömen.
Beim Abheben des Ventilschließgliedes 20 verbleibt das erste Ventilschließglied 18, da es nicht nach unten ausweichen kann, auf dem Ventilsitz 14, so dass die Größe der durchströmbaren Durchgangsöffnung 10 frei regelbar ist. Damit das Ventilschließglied 18 in dieser Stellung verharren kann, ist es gleitbeweglich auf der Ventilstange 22 angeordnet, das heißt, dass die Ventilstange 22 bei der Bewegung durch das Loch des Ventilschließgliedes 18 gleitet.
Das Abheben des Ventilschließgliedes 20 bewirkt des Weiteren, dass der Abstand der beiden Ventilschließglieder 18, 20 zueinander reduziert wird, so dass die Feder 32 komprimiert wird. Bei dieser Kompression gleitet das zweite topfförmige Bauteil 44 in das erste topfförmige Bauteil 42, so dass die Feder 32 in jeder Stellung vollständig umgeben bleibt. Der heiße Abgasstrom gelangt entsprechend nicht direkt in Kontakt mit der Feder 32. Stattdessen kann die Wärme zumindest teilweise über die Schutzelemente 42, 44 und die Ventilschließglieder 18, 20 zum Gehäuse 2 abgeführt werden. Auch gelangen Schmutzpartikel nicht in den Bereich der Feder beziehungsweise in den Bereich, in dem die Ventilschließglieder 18, 20 auf der Ventilstange 22 gleiten.
Wird der Aktor 56 wieder in die entgegengesetzte Richtung gedreht, bewegt sich das Ventilschließglied 20 wieder zurück auf seinen Ventilsitz 16, wobei eine Dekompression der Feder 32 stattfindet und der Überlappungsbereich der beiden topfförmigen Bauteile 42, 44 wieder verringert wird, bis schließlich die Ausgangslage erreicht wird.
Durch Weiterdrehen des Aktors 56 wird die Ventilstange nach oben in Richtung des Aktors 56 bewegt, wodurch die Mutter 28 das Ventilschließglied 18 vom ersten Ventilsitz 14 abhebt, während die Feder 32 weiterhin das zweite Ventilschließglied 20 auf seinen Ventilsitz 16 drückt und die Ventilstange 22 durch das Loch des zweiten Ventilschließgliedes nach oben gleitet. Die Feder 32 wird erneut in gleicher Weise, wie zuvor beschrieben, komprimiert. So wird die erste Durchgangsöffnung 10 geregelt, über welche beispielsweise eine fluidische Verbindung von einem den Abgaskühler umgehenden Bypasskanal über den ersten Einlass 4 zum Auslass 8 hergestellt wird. Auch hier findet eine Abschirmung der Feder 32 und des Gleitbereiches der Ventilstange 22 vor der thermischen Belastung sowie der Schmutzpartikelbelastung durch den Abgasstrom statt. Entsprechend können günstigere Federrohstoffe verwendet werden . Ein Hängenbleiben der Ventilschließglieder auf der Ventilstange 22 wird ebenfalls verhindert. Es wird entsprechend eine kostengünstig herstellbare Ventilvorrichtung mit hoher Lebensdauer und Funktionalität geschaffen.
Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich der Anmeldung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. So ist die Anordnung der beiden Schutzelemente auch für Ventilvorrichtungen sinnvoll, die lediglich ein Ventilschließglied aufweisen. In diesem Fall wird das obere Element fest gegen ein Anschlagelement gefahren, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel das zweite Ventilschließglied ist. Die Funktion wäre dann auf die beschriebene Funktion des ersten Ventilschließgliedes beschränkt, wobei die Feder als Rückstellelement dienen würde. Weitere konstruktive Änderungen sind selbstverständlich ebenfalls denkbar.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit
einem Gehäuse (2), in dem zumindest ein Einlass (4, 6) und ein
Auslass (8) ausgebildet sind,
zumindest einer Durchgangsöffnung (10, 12), über die der zumindest eine Einlass (4, 6) mit dem zumindest einen Ausiass (8) fluidisch verbindbar ist,
zumindest einem Ventilschließglied (18, 20), über welches die Durchgangsöffnung (10, 12) regelbar ist,
einer translatorisch mittels eines Aktors (56) bewegbaren Ventilstange (22), auf der das zumindest eine Ventilschließglied (18, 20) angeordnet ist,
einer Feder (32), die die Ventilstange (22) umgibt und die sich mit ihrem ersten Ende gegen das eine Ventilschließglied (18) abstützt und mit ihrem entgegengesetzten Ende gegen ein Anschlagelement (20) abstützt und
einem Element, welches im Wesentlichen die Feder (32) umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass
das Element im Wesentlichen durch zwei ineinander greifende radial geschlossene Mantelflächen (46, 48) gebildet ist, von denen die erste Mantelfläche (46) gegen das zumindest eine Ventilschließglied (18) anliegt und mit diesem bewegbar ist und die zweite gegen das Anschlagelement (20) anliegt, wobei das Ventilschließglied (18) relativ zum Anschlagelement (20) bewegbar ist.
Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch
1,
dadurch gekennzeichnet, dass die eine der ineinander greifenden radial geschlossenen Mantelflächen (48) in der anderen Mantelfläche (46) angeordnet ist, wobei der Innendurchmesser der einen Mantelfläche (46) größer ist als der Außendurchmesser der anderen Mantelfläche (48).
Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der
Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die ineinander greifenden, radial geschlossenen Mantelflächen (46, 48) an topfförmigen Bauteilen (42, 44) ausgebildet sind, durch deren Böden (50, 52) die Ventilstange (22) ragt.
Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch
3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die topfförmigen Bauteile (42, 44) Tiefziehteile sind.
Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der
Ansprüche 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Feder (32) die Böden (50, 52) der topfförmigen Bauteile (42, 44) an der ersten Seite gegen das Anschlagelement (20) und an der gegenüberliegenden Seite gegen das Ventilschließglied (18) drückt.
Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Ventilschließglied (18) translatorisch bewegbar auf der Ventilstange (22) angeordnet ist und über die Feder (32) in Richtung eines Anschlags (24) belastet ist, der mit der Ventilstange (22) verbunden ist.
7. Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ventilstange (22) an ihrem Ende ein Außengewinde (30) aufweist, auf welches eine Mutter (28) geschraubt ist, die als Anschlag (24) dient.
8. Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf der Ventilstange (22) ein zweites Ventilschließglied (20), welches als Anschlagelement für die Feder (32) dient, beabstandet vom ersten Ventilschließglied (18) angeordnet ist, und über welches eine zweite Durchgangsöffnung (12) regelbar ist, die zu einem zweiten Einlass (6) oder Auslass führt.
9. Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch
8,
dadurch gekennzeichnet, dass
beide Ventilschließglieder (18, 20) Ausnehmungen (34, 36) aufweisen, weiche eine zu den Böden (50, 52) der topfförmigen Bauteile (42, 44) korrespondierende Form aufweisen und in die die topfförmigen Bauteile (42, 44) ragen.
10. Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
an beiden Ventilschließgliedern (18, 20) sich in das Innere der Feder (32) erstreckende ringförmige Vorsprünge (38, 40) ausgebildet sind.
11. Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass beide Ventilschließglieder (18, 20) translatorisch verschiebbar auf der Ventilstange (22) angeordnet sind und durch die Feder (32) zwischen den beiden Ventilschließgliedern (18, 20) jeweils entgegengesetzt in Richtung von Anschlägen (24, 26), die an der zur Feder (32) entgegengesetzten Seite der beiden Ventilschließglieder (18, 20) an der Ventilstange (22) ausgebildet sind, belastet sind.
12. Ventilvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Ventilschließglieder (18, 20) durch die Feder (32) in Richtung ihrer zugeordneten Ventilsitze (14, 16) belastet sind.
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